鸡蛋清扩散面积遗传分析及OC-17对碳酸钙结晶作用机制研究

发布时间：2020-06-15 15:40

【摘要】：畜禽重要经济性状改良是动物育种工作的主要目标。其中蛋清和蛋壳质量在家禽生产中至关重要。本研究开展了鸡蛋清扩散面积的遗传变异分析和蛋壳基质蛋白Ovocleidin-17(OC-17)与碳酸钙作用机制的研究,以期为蛋清和蛋壳质量的改良提供新的思路。利用两个世代共786只白来航纯系蛋鸡,共收集2395枚鸡蛋,测量了鸡蛋全部内容物扩散面积(TECA)、外稀蛋白扩散面积(OTAA)、内浓蛋白扩散面积(ITAA)和蛋黄扩散面积(YA)。在第二世代群体中同时测量了蛋重、蛋白高度、哈氏单位和蛋壳强度等性状。采用混合动物模型估计了鸡蛋内容物扩散面积的遗传参数和分析了其与蛋品质性状间的表型和遗传相关,并分析了影响鸡蛋内容物扩散面积的因素。结果表明,TECA、OTAA、ITAA 和 YA 的遗传力分别为 0.25、0.23、0.42 和 0.25。ITAA与蛋白高度和哈氏单位高度负相关,而OTAA与两者表型弱相关、遗传中等负相关。扩散面积较大的鸡蛋中,外稀蛋白含量较多,而内浓蛋白含量较少,因此,蛋清中外稀蛋白和内浓蛋白相对含量的不同可能是造成鸡蛋扩散面积差异的主要原因。而输卵管壳腺部电解液注入蛋清中的过程可能是影响两者形成比例的主要因素。利用鸡Afymetrix 600K高密度芯片对191只白来航纯系蛋鸡进行基因分型,应用全基因组高效混合模型关联算法(GEMMA)对蛋清扩散面积性状进行全基因组关联分析(GWAS)。对于性状TECA、OTAA和ITAA,分别检测到2个、1个和0个基因组水平显著关联的SNP位点(P4.09E-6)以及23、23和34个基因组水平潜在显著关联的SNP位点(P8.17E-5),且显著和潜在显著关联的SNP位点分别集中在基因组4个、4个和3个不同区域。针对蛋清的扩散面积性状,最终共筛选到11个重要的候选基因,包括 TGM4、GALNT1、MUC6、LRRC8B、RARB、EPRS、ARL5B、PRKCA、RAB11B、AKAP7和WDR19,这些基因主要参与蛋白质的合成、翻译后修饰和胞外分泌以及生殖腺发育、细胞容量稳态调节等过程。OC-17是重要的蛋壳矿化调节蛋白,但是其在蛋壳矿化过程中的具体作用机制及其与碳酸钙晶体的主要氨基酸结合位点尚不清楚。基于此前预测的OC-17可能的与碳酸钙的作用结合位点,我们设计了 4种OC-17的突变型(Ser61缺失突变型和丙氨酸替换突变型 M1(Ser27/Arg28/Ser31/Arg34/Arg35)、M2(Ser85/Arg86/Arg89)及 M3(Arg46/Ser47/Arg52))。在哺乳动物细胞HEK-293T中对OC-17野生型和突变型蛋白进行重组表达,并采用固定金属离子亲和层析的方法分别进行了纯化。在体外碳酸钙结晶实验中添加不同类型的重组蛋白,采用X射线衍射、傅里叶红外变换光谱和扫描电子显微镜的方法对蛋白作用下生成的碳酸钙颗粒进行晶体形态和大小的分析,研究蛋白在碳酸钙结晶过程中的作用模式。结果表明:(1)野生型OC-17在碳酸钙结晶的早期可以促进或稳定ACC,之后以累积的ACC作为方解石的成核位点,促进方解石晶体的快速形成,同时降低晶体的大小。OC-17稳定ACC的作用,表明其在蛋壳矿化初始阶段发挥重要作用,同时其催化形成大量小方解石晶体的作用,可能最终影响蛋壳的物理性能;(2)丝氨酸61缺失突变型蛋白对方解石晶体的作用效力不如野生型;(3)丙氨酸替换突变型M1-M3可以在一定程度上促进晶体的生长,晶体的尺寸变大,数量减少,其蛋白功能发生了较大变化。因此,本研究通过实验的方法确认了 OC-17与碳酸钙晶体表面结合的4个重要结构域。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S831
【图文】：

鸡蛋,蛋清

１．１鸡蛋的形成逡逑鸡蛋在输卵管中形成，输卵管主要由卵巢、漏斗部、膨大部、峡部和子宫部组逡逑成（图１－１）。整个形成过程大约经历２４－２６个小时。第一个过程是由卵巢部排卵至逡逑漏斗部，形成蛋黄，这一过程大约经历１５分钟。在此过程中，同时形成卵黄膜和蛋逡逑清中的系带。同时，种鸡的受精过程也是在该部位完成。然后卵黄进入膨大部，进逡逑行蛋清蛋白的分泌。蛋清从外至内由４层组成，分别为外稀蛋白、内浓蛋白、内稀逡逑蛋白和系带。有报道称膨大部腺管中的管状腺分泌稀蛋白，单细胞腺分泌浓蛋白（Ｙｕ逡逑ａｎｄＭａｒｑｕａｒｄｔ，邋１９７３）。蛋清为蛋黄提供物理和抗菌保护，蛋清中的一些蛋白可以有逡逑效抑制细菌的生长，如溶菌酶。同时，蛋清为后续蛋壳膜和蛋壳的形成提供模板。逡逑大约经历３小时后，进入峡部，形成内、外壳膜，该过程需要１个小时。然后进入逡逑壳腺部

电镜图像,蛋壳,纵切面

１．３．１蛋壳的形成和结构逡逑鸡蛋的蛋壳主要在子宫液中的无细胞环境形成，从内向外依次形成乳突层、栅栏逡逑层、过度性的垂直晶体层和非钙化的角质层（胶护膜）（图１－３）。在高度选育的蛋鸡逡逑中，蛋壳的形成大约经历１７个小时，是鸡蛋形成过程中历时最长的一个过程（Ｎｙｓ，ｅｔ逡逑ａｌ．，２００４）。蛋壳形成经历３个阶段，包括矿化起始阶段、快速矿化阶段和矿化终止阶逡逑段（图１－４）。鸡蛋进入红峡部（管状腺）后，以蛋壳外膜上的大分子聚合物为矿化起逡逑始位点，进行碳酸钙的成核过程。该过程为蛋壳矿化的初始阶段，￥约需５个小时。逡逑蛋壳外膜上碳酸钙成核位点的分布受遗传因素的影响，同时在物种间＾存在差异。这逡逑些成核位点是乳突层的起点，从这些位点出发，晶体成射线向外生长，＾逐渐形成栅栏逡逑层的基础，因此，乳突的大小、栅栏层晶体的直径大小，甚至最终蛋壳的强度均受这逡逑些成核位点空间分布的影响。第二个阶段是多晶形态的方解石的快速生长阶段

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